Vad är en PN-junktionodi?

Encyclopedia

Fält: Encyklopedi

China

Vad är en PN-junctionsdiod?

PN-junctionsdiod

En PN-junctionsdiod är en grundläggande komponent inom elektronik. I denna typ av diod dopas ena sidan av en halvledare med acceptorimpuriteter (P-typ) och den andra sidan med donorimpuriteter (N-typ). Dioden kan klassificeras som antingen en 'trappgraderad' eller 'linjärt graderad' junction.

I en trappgraderad PN-junctionsdiod är dopantkoncentrationen jämn på båda sidor upp till junctionen. I en linjärt graderad junction ändras dopningskoncentrationen nästan linjärt med avståndet från junctionen. När ingen spänning tillämpas rör sig fria elektroner till P-sidan och hål till N-sidan, där de kombineras.

Acceptormätomerna nära junctionen på P-sidan blir negativa jon, och donatoratomerna nära junctionen på N-sidan blir positiva jon. Detta skapar ett elektriskt fält som motsätter ytterligare diffusion av elektroner och hål. Den här regionen med obeklädda jon kallas för uttömd zon.

Om vi tillämpar en framåtvridande spänning på p-n junctionsdioden. Det innebär att om den positiva sidan av batteriet är ansluten till P-sidan, så minskar uttömda zonens bredd och bärande partiklar (hål och fria elektroner) flödar över junctionen. Om vi tillämpar en bakåtvridande spänning på dioden, ökar uttömda zonens bredd och inga laddningar kan flöda över junctionen.

Egenskaper hos P-N junctionsdiod

Låt oss betrakta en pn-junction med en donor koncentration ND och en acceptor koncentration NA. Låt oss också anta att alla donatoratomer har donerat fria elektroner och blivit positiva donatorjon, och att alla acceptoratomer har accepterat elektroner och skapat motsvarande hål och blivit negativa acceptorjon. Så kan vi säga att koncentrationen av fria elektroner (n) och donatorjon ND är samma, och likaså är koncentrationen av hål (p) och acceptorjon (NA) samma. Här har vi ignorerat hålen och fria elektroner som skapas i halvledaren på grund av oavsiktliga impuriteter och defekter.

Över pn-junctionen diffuserar de fria elektronerna som donerats av donatoratomer på n-typsidan till p-typsidan och rekombinerar med hål. På samma sätt diffuserar hålen som skapats av acceptoratomer på p-typsidan till n-typsidan och rekombinerar med fria elektroner. Efter denna rekombineringsprocess finns det en brist på eller uttömda laddningsbärare (fria elektroner och hål) över junctionen. Regionen över junctionen där de fria laddningsbärarna uttöms kallas för uttömd zon.

På grund av bristen på fria laddningsbärare (fria elektroner och hål) blir donatorjonen på n-typsidan och acceptorjonen på p-typsidan över junctionen obeklädda. Dessa positiva obeklädda donatorjon mot n-typsidan intill junctionen och negativa obeklädda acceptorjon mot p-typsidan intill junctionen orsakar en rumsladdning över pn-junctionen. Potentialen som utvecklas över junctionen på grund av denna rumsladdning kallas för diffusionspotential. Diffusionspotentialen över en pn-junctionsdiod kan uttryckas som Diffusionspotentialen skapar en potentialbarriär för ytterligare migration av fria elektroner från n-typsidan till p-typsidan och hål från p-typsidan till n-typsidan. Det betyder att diffusionspotentialen hindrar laddningsbärare från att korsa junctionen.

Denna region är högbelastad på grund av uttömda fria laddningsbärare i denna region. Bredden på uttömda zonen beror på den tillämpade vridningsspänningen. Förhållandet mellan bredden på uttömda zonen och vridningsspänningen kan representeras av en ekvation som kallas Poisson-ekvation. Här är ε dielektriciteten för halvledaren och V är vridningsvoltaget. Så, vid tillämpning av en framåtvridande spänning minskar bredden på uttömda zonen, dvs. pn-junctionsbarriären, och försvinner till slut.

Så, i frånvaro av en potentialbarriär över junctionen i den framåtvridna villkoret intränger fria elektroner i p-typregionen och hål intränger i n-typregionen, där de rekombinerar och frigör en foton vid varje rekomination. Som en följd av detta kommer det att finnas en framåtström genom dioden. Strömmen genom PN-junctionen uttrycks som Här är spänningen V tillämpad över pn-junctionen och total ström I flödar genom pn-junctionen.

I s är bakåtströmsmättnadsström, e = elektronens laddning, k är Boltzmann-konstanten och T är temperaturen i Kelvin-skala.

Grafen nedan visar strömspänningskarakteristiken för en PN-junctionsdiod.När V är positiv är junctionen framåtvridad, och när V är negativ, är junctionen bakåtvridad. När V är negativ och mindre än VTH, är strömmen minimal. Men när V överskrider VTH, blir strömmen plötsligt mycket hög. Spänningen VTH kallas för tröskel- eller inkopplingsvolt. För siliciumdiod VTH = 0,6 V. Vid en bakåtspänning motsvarande punkten P, finns det en plötslig ökning i bakåtströmmen. Detta avsnitt av karakteristiken kallas för brytningsson.